6RDS曲軸鍛件用坯料鋼錠開坯鍛造工藝試驗(yàn)研究

根據(jù)6RDS曲軸鍛件用坯料的技術(shù)要求,結(jié)合8MN水壓機(jī)的鍛造能力以及供應(yīng)商的錠型型譜，提出了鋼錠的技術(shù)要求并選擇3t鋼錠進(jìn)行鋼錠開坯鍛造工藝試驗(yàn)研究。對(duì)曲軸坯料取樣進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能等指標(biāo)理化檢驗(yàn)，結(jié)果符合要求。

資陽機(jī)車有限公司是一家鐵路機(jī)車、柴油機(jī)以及大中型全纖維曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家，其曲軸產(chǎn)品包括鍛件、半成品和成品，年產(chǎn)量約3000支。由于資陽公司沒有配置鋼錠冶煉設(shè)備，曲軸坯料一直以來依靠從國內(nèi)、國際市場(chǎng)采購，每年采購量為3000～3500支。對(duì)外采購曲軸坯料，一是坯料價(jià)格高，二是需要重復(fù)進(jìn)行理化檢驗(yàn)。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求資陽公司具備自己的鋼錠開坯能力。為此選擇6RDS曲軸坯料進(jìn)行鋼錠開坯鍛造工藝試驗(yàn)研究，為以后其他曲軸坯料鋼錠開坯積累經(jīng)驗(yàn)。

6RDS曲軸鍛件用坯料技術(shù)要求

化成成分

6RDS曲軸采用42CrMoA高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼制造，化學(xué)成分應(yīng)符合表1要求。

高低倍組織

每熔煉爐號(hào)在加長(zhǎng)坯料冒口端一側(cè)二分之一半徑處取樣，按GB/T 10561-2005規(guī)定做非金屬夾雜物檢查，結(jié)果應(yīng)符合表2規(guī)定。按GB/T 1979-2001規(guī)定做酸浸低倍組織檢查，不得有肉眼可見的縮孔、氣泡、翻皮、裂紋、白點(diǎn)、夾雜物和皮下氣泡等缺陷，低倍組織應(yīng)符合表3要求。

表1 化學(xué)成分

表2 非金屬夾雜物

表3 低倍組織

表4 力學(xué)性能

力學(xué)性能

每熔煉爐號(hào)在加長(zhǎng)坯料件冒口端二分之一半徑處取毛坯尺寸為25mm的試樣，按GB/T 3077-2015中42CrMoA鋼的推薦熱處理制度進(jìn)行熱處理后做力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果應(yīng)符合表4要求。

鋼錠選型以及鋼錠技術(shù)要求

圖1是6RDS曲軸坯料幾何尺寸，重量為2387 kg，結(jié)合800t水壓機(jī)鍛造能力和供應(yīng)商的錠型，選用3t鋼錠，材料利用率為79.5%。供方所供鋼錠需要滿足以下要求：⑴每一熔煉爐號(hào)下料后需要有一件帶200mm的加長(zhǎng)件作為原材料復(fù)驗(yàn)用；⑵在距冒口線30mm處橫斷面上鋸切后，不得有肉眼可見的殘余縮孔、氣孔、夾雜和軸心晶間裂紋等缺陷；⑶表面不得有肉眼可見的夾渣、裂紋、結(jié)疤、折疊等缺陷；⑷鋼錠按訂貨圖下料后，按熔煉爐號(hào)+錠號(hào)+件號(hào)編號(hào)，同一鋼錠的不同件，靠冒口端的為1號(hào)，靠水口端的為最大號(hào)，中間順序編號(hào)。

鋼錠開坯鍛造工藝

圖16 RDS曲軸坯鍛件圖

坯料除需鍛造出合格的幾何尺寸，還要求具有一定的鍛造比，其目的在于消除或減輕鑄造缺陷和破碎鑄造組織（焊合氣孔、疏松和裂紋；破碎樹枝晶組織，使鋼中的第二相分布均勻），增大鋼的密度和提高鍛件的機(jī)械性能。鍛造開始時(shí)，首先是鋼錠內(nèi)部的氣孔、疏松和裂紋得到焊合。隨著鍛造比的增大,疏松和氣孔等的數(shù)量因焊合而減少，非金屬夾雜的尺寸也因破碎而減小，從而使鋼的塑性得到提高。鍛造比繼續(xù)增大，由于金屬沿最大主變形方向而產(chǎn)生塑性變形，破碎了的晶粒與晶間物質(zhì)便沿主變形方向被拉長(zhǎng)而形成流線或纖維組織。

鋼錠開坯鍛造工藝流程

鋼錠開坯鍛造工藝流程：鋼錠外觀質(zhì)量檢查→鍛造加熱→鐓粗（移動(dòng)工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)鐓粗臺(tái)鐓粗）→拔長(zhǎng)（平砧、V型砧）→修整鍛件→鍛件質(zhì)量外觀檢查→鍛后正火、回火→取樣→坯料劃線→打中心孔→粗車→超聲波探傷→車臺(tái)階坯。

⑴曲軸坯鍛件是在6RDS曲軸車坯基礎(chǔ)上放余量設(shè)計(jì)的，直徑方向單邊余量為10mm，軸向單邊余量為20mm，鍛件總長(zhǎng)為4671mm，鍛件重量為2387kg，材料利用率為79.5%。根據(jù)6RDS曲軸的特點(diǎn)，曲軸坯鍛件設(shè)計(jì)為臺(tái)階坯，和我們常見的為光坯的曲軸坯不一樣。臺(tái)階坯與光坯相比可省料254kg。曲軸坯鍛件尺寸如圖2所示。

⑵鋼錠采購回來之后首先對(duì)鋼錠表面質(zhì)量進(jìn)行檢查，鋼錠表面不得有折疊、裂紋、結(jié)疤等表面缺陷，鋼錠水口端標(biāo)記需符合訂料技術(shù)要求。鋼錠加熱到鍛造溫度后出爐鍛造，分2火次完成。

⑶為了滿足鍛造比≥5，鍛造過程采用兩次鐓粗和兩次拔長(zhǎng)工序。

第1次鐓粗根據(jù)800t水壓機(jī)設(shè)備條件將坯料從1075mm高鐓粗至高為960mm，方562mm的坯，鐓粗比K1=1.12；第2次鐓粗，將坯料鐓粗至高為750mm，方636mm的坯，鐓粗比K2=1.28；第1次拔長(zhǎng)，將坯料拔長(zhǎng)至截面為320mm的方坯，鍛造比為K3=3.96；第2次拔長(zhǎng),將方320mm的坯料倒棱拔長(zhǎng)、滾圓至φ295mm的圓坯，鍛造比K4=1.49。總鍛造比K=K1+K2+K3+K4=7.85。鍛造變形過程見表5。

⑷分料計(jì)算、鍛造。

根據(jù)6RDS曲軸的特點(diǎn)，將6RDS曲軸坯設(shè)計(jì)為臺(tái)階坯（圖2），而我們常見的曲軸坯都是光坯。在第2次拔長(zhǎng)為φ295mm的圓坯后，根據(jù)體積不變?cè)矸至嫌?jì)算、拔長(zhǎng)。

圖26 RDS曲軸坯簡(jiǎn)圖

鍛造工步：

1)從P端分出A部分料φ295mm×115mm，拔長(zhǎng)至鍛件尺寸φ240mm×170mm；

2)分出C部分料φ295mm×520mm，拔長(zhǎng)至鍛件尺寸φ265mm×644mm；

3)分出E部分料φ295mm×520mm，拔長(zhǎng)至鍛件尺寸φ265mm×644mm；

4)分出G、H料后先將坯料拔長(zhǎng)至直徑φ265mm后分出G部分料，將剩下的料拔長(zhǎng)至直徑為φ240mm。

鍛造加熱工藝

采用臺(tái)式加熱爐加熱：⑴加熱時(shí)間。加熱時(shí)間過長(zhǎng)將導(dǎo)致能耗增加，燒損嚴(yán)重；時(shí)間過短將導(dǎo)致鋼錠心部未充分均勻，鍛造時(shí)不但變形抗力過大，而且會(huì)導(dǎo)致混晶發(fā)生，影響產(chǎn)品力學(xué)性能均勻性。采取2h/100mm方式計(jì)算加熱時(shí)間，即鋼錠每增加100mm，加熱時(shí)間延長(zhǎng)2h，結(jié)合加熱經(jīng)驗(yàn)確定時(shí)間；⑵加熱溫度。在750℃左右時(shí)材料將發(fā)生鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變，會(huì)產(chǎn)生組織應(yīng)力。如果在750℃不進(jìn)行保溫，相變?cè)斐傻慕M織應(yīng)力和鋼錠內(nèi)外巨大溫差造成的熱應(yīng)力會(huì)疊加在一起，導(dǎo)致鋼錠因應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋。將爐溫升高到1250℃之后，鋼錠內(nèi)外再次出現(xiàn)較大溫差，但此時(shí)材料塑性較好，不會(huì)出現(xiàn)裂紋，保溫5h后，鋼錠的心部溫度也達(dá)到了1180℃。加熱工藝曲線如圖3所示。

表5 鍛造變形過程

圖36 RDS曲軸鋼錠加熱工藝

鍛后熱處理工藝

為了使鍛件晶粒細(xì)化、組織均勻、消除鍛造過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，鍛后進(jìn)行正火處理。正火溫度一般選取為Ac3+（40～100）℃，結(jié)合鐵碳合金平衡圖分析，選擇860℃進(jìn)行正火保溫處理。正火后采用空冷可以細(xì)化晶粒，同時(shí)保證組織完全轉(zhuǎn)變及保持均勻性。在完成轉(zhuǎn)變后，為了進(jìn)一步消除正火過程中產(chǎn)生的應(yīng)力及達(dá)到擴(kuò)氫的目的，在正火結(jié)束后,采用高溫回火工藝。冷卻到300℃后就可以升溫進(jìn)行高溫回火處理。熱處理工藝曲線如圖4所示。

圖46 RDS鋼錠開坯鍛后熱處理工藝

表6 化學(xué)成分

表7 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

表8 非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果

表9 低倍組織檢驗(yàn)結(jié)果

小批量試生產(chǎn)及理化檢驗(yàn)結(jié)果

采用該工藝方案進(jìn)行了小批量試生產(chǎn)，完成了10個(gè)鋼錠的開坯，經(jīng)劃線檢查坯料幾何尺寸滿足要求，并已擠壓出合格曲軸鍛件。10支坯料有2件帶有加長(zhǎng)試棒，根據(jù)6RDS曲軸坯料技術(shù)要求鋸取試樣做理化檢驗(yàn)，化學(xué)成分結(jié)果見表6，力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表7，非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果見表8，低倍組織檢驗(yàn)結(jié)果見表9，從表中可以看出復(fù)試結(jié)果均符合6RDS曲軸坯料技術(shù)要求。

結(jié)論

⑴在8MN水壓機(jī)上采用3t鋼錠鍛造6RDS曲軸鍛件坯料，坯料幾何尺寸滿足要求，坯料化學(xué)成分、力學(xué)性能、高低倍組織等重要指標(biāo)符合要求。結(jié)果表明，6RDS曲軸鍛件坯料采用鋼錠開坯是可行的。

⑵小批量試生產(chǎn)以及理化檢驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了6RDS曲軸坯料鋼錠開坯鍛造工藝流程、鋼錠鍛造加熱工藝和曲軸坯料鍛后熱處理工藝的可行性。